[发明专利]一种Nafion@COF-316有机光催化剂CO2

说明书

本发明提供一种新型Nafion@COF‑316有机光催化剂CO₂还原光催化剂材料，目的是为了解决现有COF‑316材料电荷传输能力差光催化CO₂还原制CO效率不高的问题。本发明将Nafion聚合物装载到COF‑316孔道中通过原位复合制备了Nafion@COF‑316有机光催化剂CO₂还原光催化剂复合材料。本发明的制备过程简单有效，试剂消耗少且产量高；且本发明提供的光催化剂能够有效提高COF‑316光催化CO₂还原制CO效率低的问题。本发明应用于光催化CO₂还原制CO领域，实验表明该复合材料具有优异的光催化CO₂还原制CO性能，在300W氙灯照射下5小时CO产量最高可达到201.3μmol·g^‑1。

技术领域

本发明涉及一种Nafion@COF-316有机光催化剂CO₂还原催化剂的制备方法以及光催化性能测试。

背景技术

随着化石燃料的大量消耗，大气中的二氧化碳(CO₂)浓度逐年递增，如何将CO₂转化并加以利用变成了当今社会发展中亟待解决的关键问题之一。在众多CO₂转化方法中，光催化由于无需二次能源的消耗被认为是最合理的CO₂转化途径之一，而开发并设计出一种稳定、高效的CO₂还原光催化剂往往是其关键所在。晶态多孔框架材料由于其优异的光吸收能力、较大的比表面积、可调的框架结构等优势在光催化CO₂还原领域展现出了较大的应用价值。但是，晶态多孔框架材料在光催化的过程中往往因电子-空穴对复合率高而造成较低的电子利用率并严重地影响了晶态多孔框架材料的光催化活性。为了解决上述问题，本文将晶态多孔框架材料孔道中装载具有电子传输能力的Nafion聚合物，以提高电子利用率和CO₂还原活性。

Nafion聚合物是一种具有潜力的候选材料，在近几年得到了特别的关注。尤其是，Nafion聚合物因为其结构中氟离子有提高质子传导的作用。然而，纯Nafion聚合物没有可见光吸收能力，并且高温会导致失活。为了解决这些问题，我们希望能将Nafion聚合物装载在COF的孔道中起到协同作用，从而提高COF的光催化活性，并且孔道中的Nafion聚合物不会因此失活。共价有机框架材料(COFs)作为一种新型多孔晶态聚合物由于其坚固的共价连接方式、有序的孔道以及周期性的骨架结构被誉为前景极高的CO₂还原催化剂之一。COFs具有突出的比表面积和气体吸附能力。并且COFs的孔道大小在微孔和介孔区域，作为晶态多孔结构材料，COFs同样具有突出的比表面积和气体吸附能力。COFs具有在水、有机溶剂和酸碱性条件下高稳定性的突出优势。另外，二维结构(2D)的COFs多由刚性共轭结构单体连接而成，分子具有大的平面共轭体系和层间强的π-π作用，这种层内和层间的共轭作用有利于电荷的传输和材料对可见光的吸收。当前，COFs已成为新一类可见光响应的催化剂。COF-316是一种非常有发展潜力的复合载体。因此，我们提出了用将Nafion聚合物装载到COF-316孔道中，利用COFs和Nafion聚合物的协同作用，来提高质子传输能力，从而光催化剂的光催化活性。

发明内容：

本发明的目的是要解决现有的COF-316电荷传输能力不佳的问题，从而提高电子转移能力，而提供一种Nafion@COF-316有机光催化剂CO₂还原光催化剂的制备方法。

本发明的一种Nafion@COF-316有机光催化剂CO₂还原光催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：